Электронная пушка

 

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА для форьшрования ,пучков с большим поперечным сечением, содержащая соосно расположенные катод с торцовой сферической эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стакана с пролетным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта вьшускным окном, расположенного коаксиально катоду и фокусирующему электроду, отличающаяся тем, что, с целью упрощения ее конструкции и повьшения срока службы, в центре сферической поверхности катода сделан неэмитирующий участок, а в боковой цилиндрической части фокусирующего электрода вьшолнена сквозная кольцевая проточка с перемычками, при этом размеры электродной системы удовлетворяют следующим соотношениям: 8,8 ,8; -.55,1 ,7.| 1,9; 3,U-§J- 4,3, 0. 0,12; 1,454 9J 1.57; . q .. 0, 0,502; -0,4 - 0,1; . 0,18, 0,17 -IV где 2 ГУТ, - поперечный размер вьшускного окна, 9 - радиус катода; 5(, радиус пролетного отверстия фокусирующего электрода; радиус фокусирующего электрода; 4и, - радиус неэмитирующего участка катода; радиус кривизны эмитирующей поверхности катода; 2:vtM расстояние от катода до выпускного окна; 2q - расстояние катод-фокусиI;D рующий электрод 2. - расстояние катод-проточка фокусирующего электрода, высота кольцевой проточки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (111 (5ц Н 01 J 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОТНРытий

1 ф(Р»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

@ БДНОТЕЫА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ры электродной системы удовлетворяют следующим соотношениям:

8,8(у (9,8;

1(. с4 3, 1,45((1,57, О, 09 (- (О, 1 2;

0,487(-,ф-" - О, 502, k:

0,17(,, с О, к

18, где 21" (21). 3027587/18-21 (22) 12. 10. 81 (46) 07.08.84. Бюл. Р 29 (72) И.M. Блейвас, И.И. Галицкая, Г.И.Правдиковская и К.Г.Симонов (53) 621.384.6(088,8) (56) 1. Патент ГДР Ф 47652, кл. Н 01 J 3/02, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

N127592,,кл. Н 01 JЗ/02,,1981 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА для формирования.пучков с большим поперечным сечением, содержащая соосно расположенные катод с торцовой сферической эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стакана с пролетным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта выпускным окном, расположенного коаксиально катоду и фокусирующему электроду, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения ее конструкции и повышения срока службы, в центре сферической поверхности катода сделан неэмитирующий участок, а в боковой цилиндрической части фокусирующего электрода выполнена сквозная кольцевая проточка с перемычками, при этом размепопер ечный ра з мер в ыпускного окна, радиус катода; радиус пролетного отверстия фокусирующего электрода, радиус фокусирующего электрода, радиус неэмитирующего участка катода, радиус кривизны эмитирующей поверхности катода, расстояние от катода до выпускного окна, расстояние катод-фокусирующий электрод, расстояние катод-проточка фокусирующего электрода, высота кольцевой проточки.

1107

191 2 ческой поверхности катода сделан неэмитирующий участок, а в боковой цилиндрической части фокусирующего электрода выполнена сквозная кольцевая проточка с перемычками, при этом размеры электродной системы удовлетворяют следующим соотношениям:

Изобретение относится к классу электронных приборов, в частности к электронным пучкам большого поперечного сечения, предназначенным для вывода электронного пучка в газовую среду, например, для возбуждения оптических квантовых генераторов, работающих в непрерывном режиме.

Известны электронные пушки, в которых размеры поперечного сечения 10 электронного пучка обеспечиваются специальной рассеивающей оптикой, содержащей нить накала или несколько нитей в виде продольной полоски, расположенных в фокусе параболического отражателя. B широкой части отражателя размещены два изолированных ускоряющих электрода в виде проволочной сетки. Между электродами и мишенью находится система управляющих элект- щ родов в виде проводящиХ полосок C 1).

Однако все это приводит к существенному усложнению конструкции пушки.

Наиболее близкой к изобретению является электронная пушка для фор- 2S мирования пучков с большим поперечным сечением, содержащая соосно расположенные катод с торцовой сферической эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму ци- gp линдрического c r;.êàíà с проле; ным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта выпускным окном и ко- З торый расположен коаксиально катоду и фокусирующему электроду 23.

Недостатками и звестного устройства являются относ тельная сложность

его конструкции . недостаточный

40 с ро к службы. где 2гм—

ЫПА11

) Цель изобретения — упрощение конструкции электронной пушки и увеличение срока ее службы.

Поставленная цель достигается тем, что в электронной пушке для формирования пучков с большим поперечным сечением, содержащей соосно расположенные катод с торцовой сферической эмитирующей поверхностью, фокусирующий электрод, имеющий форму цилиндрического стакана с пролетным отверстием в торцовой части, и анод, выполненный в виде полого цилиндра, торцовая часть которого вакуумноплотно закрыта выпускным окном, расположенного коаксиально катоду и фокусирующему электроду, в центре сфери8,8< — -"1- (9,8; 50 С ",™ с 55;

1,7 (1,9, 3,1а (4,3; 0,09( к

C (0,12, 1,45 < (1,57; 0,487

0,17((0,18, поперечный размер выпускного окна, радиус катода, радиус пролетного отверстия фокусирующего электрода, радиус фокусирующего электрода; радиус неэмитирующего катодар радиус кривизны эмитируюцей поверхности катода, расстояние от катода до выпускного окна, расстояние катод-фокусирующий электрод, расстояние катод-проточка фокусирующего электрода; высота кольцевой проточки.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая пушка, на фиг. 2 — распределение эквипотенциальных линий вблизи катода электронной пушки, на фиг. 3 — эквипотенциальные линии без кругового паза в фокусирующем электроде; на фиг. 4 — разрез А-А фиг. 2; на фиг. 5-9 — графики зависимости физических параметров электронной пушки от геометрических размеров пушки.

Электронная пушка содержит катодный узел, включаюций один катод 1 цилиндрической формы радиуса R< с торцовой сферической эмитирующей поверхностью 2 (радиус сферы 1О ), в центре которой имеется неэмитирующая часть 3 радиуса т, фокусирующий электрод 4 радиуса сз, с центральным отверстием рапиуса Ф;-р и

1107191 круговой проточкой 5 с перемычками

6 (фиг ° 4) . Расстояние катод-фокусируюший электрод — 7 ср, расстояние катод — паз фокусирующего электрода

2щ, размер проточки фокусирующего электрода л Ь пд . Кроме того, устройство содержит анод 7 в виде металлической трубы, концентрически охватывающей катодный узел, выпускное окно 8 радиуса,„ в виде тонкой металлической фольги, закрепленной для лучшего теплоотвода на медной пласти-. не-решетка 9, электрические соединенной с анодом, расстояние от катода . до окна Ю„, электронный пучок 10 радиуса ц„, который, выходя через фольгу, выводится из вакуума в газовую среду.!

15

При работе электронной пушки кру- щ говая проточка 5 с перемычками 6 и центральная неэмитирующая часть 3 катода обеспечивают равномерное распределение плотности тока на катоде и окне. Проникающее через проточку 25 электрическое поле и отсутствие пространственного заряда в центральной части катода приводят к тому, что в области эмитирующей части катода электрическое поле оказывается равно- 3б мерным — эквипотенциальные линии 11 (фиг. 2).вблизи катода практически параллельны его поверхности по сравнению с эквипотенциальными линиями при отсутствии круговой проточки в

35 фокусирующем электроде (фиг. 3).

В электронной пушке применена перефокусировка электронного пучка.

Эмитируемые с катода электроны ускоряются электрическим полем анода и попадают в область фокусирующего электрода, где происходит их резкая фокусировка к осям системы. Кроссовер пучка находится между катодом и фокусирующим электродом (фиг. 1).

За кроссовером происходит расширение пучка, и электроны пучка, двигаясь по траекториям, близким к прямолинейным, попадают на мишень и, пронизывая ее, выходят в атмосферу.

Для уменьшения габаритных размеров электронно-оптической системы при сохранении высокого коэффициента токопрохождения через окно необходимо, чтобы расстояние 2 м от катода до выпускного окна было как можно

55 меньше (фиг. 1). Минимально возможная величина выбрана из следующих соображений. Для эффективного охлаждения фольги окна толщина 8 медной пластины 9 выбирается равной 2-3 мм, ф т.е., = 0,35. При указанной велиd4 чине — из простых геометрических построений следует, что электронный пучок практически не перехватывается поверхностями отверстий в медной пластине, если

Принимая по внимание что

Э

= 9,3, из выражения (1) получаем

= 53,1.

Наличие круговой проточки 5 по боковой поверхности фокусирующего электрода и.неэмитирующей части в центре катода обеспечивает равномерное распределение плотности газа на катоде и, как следствие этого, повышение его срока службы и всей пушки в целом. Форма фокусирующего электрода и расположение его на достаточно большом расстоянии от анодной трубы (— - 1,8) исключают возможность

Ф1 Э электрических пробоев, что также повьппает срок службы пушки.

Возможность работы предлагаемой электронной оптической системы (ЭОС) в непрерывном режиме обусловлена тем, что предлагаемая конструкция пушки обеспечивает формирование электронного пучка с весьм низким первеансом (р =0,0004 10 C A/В 4J).

РАСС ПДрд

Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что при указанном значении первеанса и анодном напряжении порядка Од. = 200-300 кВ, обычно используемом в таких типах пушки, величина удельной мощности, рассеиваемой на мишени, не превышает предельного значения. При этом температура центральной части медной пластины и фольги не превышает 400-450 С, о и распыления меди, снижающего срок службы прибора, не происходит.

Вт

Рддр я щ

Конструкция пушки, обеспечивающая требуемое сочетание параметров, получена с помощью оптимизационных рас1107191 четов на ЭЦВМ. Основные результаты этих .расчетов (фиг. 5-9) приведены в виде зависимостей величин

& л ь хосеп. и р =, характеризующих свойства предлагаемой ЭОС, от ее основных геометрических размеров.

Величина g характеризует распределение плотности тока на мишени.

Величина вычисляется по формуле .

N = — лР- (2) ъ. гце Ь) = Я1, - 1,, Р, — плотность тока на окне в 15 пределах площади Ю -й то ково и трубки, средняя плотность тока на окне, S - полная площадь окна, 20

ы — число токовых трубок, на которые "разбит" электронный пучок (желательно, чтобы величина была возможно мень- . шей). 25

Отношение радиуса луча „ к радиусу мишени 1,„ характеризует величину удельной мощности, рассеиваемой на фольге окна.

С целью снижения удельной мощнос- З0 ти рассеивания необходимо, чтобы = — - 1

1..1

) .Гр, Отношение части тока h4oce, оседающего на трубе-аноде к полному току пучка 3, характеризует токопрохождение пучка .в системе. Для получения максимального токопрохождения

Ь ОСТРА пучка величина Я = --у в должна

tl стремиться к нулю (P О).

Из графиков (фиг. 5-9) следует, что при выбранных значениях к-м к для обеспечения равномерности распределения плотности тока на окне (-"

0,25 — 0,27), требуемого охвата пучком окна (1 — 0,05) и высокого ï токопрохождения (P 4 5X), геометрические размеры пушки должны лежать в пределах — = 3, 1 — 4,3, Рк "к и

= 0,09 — 0,12, = 1,45 - 1,57, К вЂ” = 0,487 - 0,502 — "-"Ф- = -0 4

Icg 2 к 1е — 0,1, — Ф- = 0,17 — 0,18, г

Предлагаемая конструкция электронной пушки проста и технологична.

Использование одного катода вместо нескольких, малые поперечные размеры катода (радиус катода на порядок меньше радиуса окна, — = 9,3) м обеспечивают уменьшение потребляемой мощности в цепи питания и тем самым повьппают экономичность системы.

1107191

1107191

1107191

Жосан о

ЮУ

17

16

047 048 04У 050

Фиг. Е 107)91

ДУ 41 У

Фин Я

01

Фиг. У

ВНИИПИ Заказ 5768/38 Тираж 683 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная, 4